本文關鍵詞：智能氣象站的數(shù)據(jù)采集與通信系統(tǒng)設計

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【摘要】：氣象要素如溫濕度、氣壓、風力、光照條件、雨量、空氣指數(shù)等與人們的日常生活密切相關,在很多領域都有著舉足輕重的作用。目前傳感設備的種類多種多樣,需要編寫復雜的數(shù)據(jù)采集程序才能完成,無法滿足氣象站傳感設備動態(tài)接入的需求。同時智能氣象站大多是應用在野外,要求功耗低,MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)傳感器應運而生,它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、易于集成和智能化的特點,目前已廣泛應用到環(huán)境監(jiān)測傳感網(wǎng)中。本文研究內(nèi)容為智能氣象站數(shù)據(jù)采集及通信系統(tǒng)設計。系統(tǒng)以32位ARM芯片STM32F103ZET為核心,移植了μC/OS-Ⅱ嵌入式實時操作系統(tǒng)為軟件平臺,在Keil開發(fā)環(huán)境下進行軟件開發(fā),通過設計主控系統(tǒng)的硬件和軟件,實現(xiàn)了氣象站和上位機的GPRS無線網(wǎng)絡通信。系統(tǒng)硬件設計主要包括主控系統(tǒng)的電路原理圖設計和PCB繪制與制板,軟件 設計包括氣象站的數(shù)據(jù)采集、存儲、處理等。使用實驗室自研的基于MEMS傳感器技術(shù)的五要素氣象站與路面?zhèn)鞲衅鬟M行氣象要素采集。論文比較了MEMS氣象采集器和主控系統(tǒng)的通信協(xié)議UART、CAN總線、以太網(wǎng)通信協(xié)議的利弊,最后采用了以太網(wǎng)通信協(xié)議,在系統(tǒng)中移植了基于TCP/IP協(xié)議的uIP協(xié)議,實現(xiàn)了網(wǎng)絡通信。智能氣象站與上位機通信選擇的GPRS模塊是ATK-SIM900A-V12,GPRS組網(wǎng)方式采用了公網(wǎng)P方式組網(wǎng)方案,使氣象站連接到Internet進行氣象數(shù)據(jù)的傳輸。通過設計智能氣象站硬件和軟件,成功的實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集以及和遠程上位機進行無線通信。課題通過具體的系統(tǒng)調(diào)試,各項功能都已實現(xiàn),并且達到了設計要求,成功的完成了基于MEMS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),解決了通用性和擴展性以及GPRS無線通信問題,降低了傳感設備和氣象站主控系統(tǒng)的耦合性,并且利用MEMS器件使得氣象站體積小,功耗低,穩(wěn)定性高,為以后智能氣象站的發(fā)展打下良好的基礎。本課題研發(fā)的智能氣象站基于MEMS技術(shù),旨在解決智能氣象站與傳感設備之間通信的通用性、擴展性以及GPRS無線網(wǎng)絡通信問題。相比于以往的氣象站具有能耗低、穩(wěn)定性高、測量準確、可靠性高、成本低以及動態(tài)接入不同要素采集模塊而不更改系統(tǒng)的特點,更加適合惡劣氣候條件。
【關鍵詞】：智能氣象站 MEMS 通用性 擴展性 TCP/IP
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH765.72
【目錄】：

• 摘要5-6
• abstract6-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 引言9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢10-11
• 1.3 本文設計任務、設計指標和設計難點11-13
• 1.3.1 設計任務11
• 1.3.2 設計指標11-12
• 1.3.3 設計難點12-13
• 1.4 本文主要內(nèi)容13-14
• 1.5 本章小結(jié)14-15
• 第二章 智能氣象站數(shù)據(jù)采集與通信原理介紹15-27
• 2.1 智能氣象站數(shù)據(jù)采集原理15-21
• 2.1.1 基于MEMS傳感器的新型數(shù)據(jù)采集器15-18
• 2.1.2 基于TCP/IP協(xié)議通訊協(xié)議設計18-21
• 2.2 智能氣象站的通信原理21-24
• 2.2.1 GPRS無線通信簡介21-23
• 2.2.2 GPRS無線網(wǎng)絡傳輸原理23-24
• 2.3 上位機信息管理平臺24-26
• 2.3.1 上位機需求分析24-25
• 2.3.2 上位機功能描述25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第三章 智能氣象站的數(shù)據(jù)采集與通信系統(tǒng)硬件設計27-35
• 3.1 硬件系統(tǒng)架構(gòu)設計27
• 3.2 主控核心控制電路設計27-33
• 3.2.1 GPRS模塊27-29
• 3.2.2 網(wǎng)絡模塊29-30
• 3.2.3 存儲模塊30
• 3.2.4 UART模塊30-32
• 3.2.5 電源模塊32
• 3.2.6 時鐘電路模塊32-33
• 3.3 本章小結(jié)33-35
• 第四章 智能氣象站數(shù)據(jù)采集與通信系統(tǒng)軟件設計35-55
• 4.1 系統(tǒng)軟件平臺設計概要35-36
• 4.2 系統(tǒng)核心軟件架構(gòu)搭建36-43
• 4.2.1 μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)簡介36-37
• 4.2.2 μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)移植37-39
• 4.2.3 驅(qū)動層設計39-43
• 4.3 應用層軟件設計43-49
• 4.3.1 數(shù)據(jù)采集軟件流程43-46
• 4.3.2 數(shù)據(jù)存儲軟件流程46-47
• 4.3.3 命令處理軟件流程47-48
• 4.3.4 通信系統(tǒng)軟件流程48-49
• 4.4 上位機軟件執(zhí)行流程49-54
• 4.4.1 功能介紹49-52
• 4.4.2 執(zhí)行流程52-53
• 4.4.3 運行結(jié)果53-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第五章 智能氣象站數(shù)據(jù)采集與通信系統(tǒng)調(diào)試55-63
• 5.1 主控系統(tǒng)模塊調(diào)試55-59
• 5.1.1 網(wǎng)絡通信模塊調(diào)試56-57
• 5.1.2 UART通信模塊調(diào)試57-58
• 5.1.3 GPRS通信模塊調(diào)試58
• 5.1.4 存儲模塊調(diào)試58-59
• 5.2 系統(tǒng)調(diào)試及指標分析59-61
• 5.2.1 系統(tǒng)調(diào)試59-60
• 5.2.2 指標分析60-61
• 5.3 本章小結(jié)61-63
• 第六章 總結(jié)與展望63-65
• 6.1 工作總結(jié)63-64
• 6.2 工作展望64-65
• 致謝65-67
• 作者簡介67-69
• 參考文獻69-71
• 附錄A 核心源碼71-77
• 附錄B 原理圖77-79
• 附錄C PCB版圖79

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 王淑華;;MEMS傳感器現(xiàn)狀及應用[J];微納電子技術(shù);2011年08期

2 夏忠球;;淺談GPRS的網(wǎng)絡工作原理及其優(yōu)勢[J];電腦與電信;2010年12期

3 林金田;;現(xiàn)代氣象觀測業(yè)務發(fā)展趨勢[J];廣東氣象;2009年02期

4 余芳;;微控制器Mega128在GPRS無線數(shù)據(jù)終端上的應用[J];現(xiàn)代計算機;2006年09期

5 丁國超;;我國氣象觀測現(xiàn)狀及未來展望[J];河南氣象;2006年03期

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本文編號：949559